专利名称：包含具有射频标签的通信单元的电子教育游戏设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及电子教育游戏设备，其包含通信单元和游戏板，其中每个通信单元具有提供有个人识别码的射频标签，而且游戏板包含数字处理电路，该电路连接到多个天线，这些天线被排列为形成用于检测通信单元的存在、类型和位置的传感器矩阵。
背景技术：
在大多数的电子游戏中，游戏者位于控制台或者计算机的前面，并且借助于键盘、鼠标、控制杆或者触摸屏幕执行人机通信。他也许能够经由网络，例如经由因特网，与其它具有他们自己计算机并且连接到同一通信网络的游戏者一起游戏。
此外，文档WO-A-9526790提出了游戏板和配备有转发器的棋子(piece)的组合，该转发器通过射频与该板通信并且与识别码相关联。文档WO-A-0211836还使用了这个原理用于电子国际象棋游戏，允许在显示单元上实时显示不同棋子的位置，并且可能地，允许这些图像经由因特网传输。然而，在国际象棋游戏中使用的特定组件是昂贵的，而且大约20mm的检测区域深度太大，并且当这些棋子简单地滑过该板时，单质对这些棋子的错误中间识别。此外，使用这些棋子和游戏板之间的射频通信的全部已知设备专用于单种类型的游戏(国际象棋)，并且具有一般大约为2.5s的相对长的响应时间。
发明内容
本发明的目的是提供不存在这些缺点的教育游戏设备，尤其是提供组合了传统游戏的用户友好性和电子游戏的优点、并且具有较低响应时间的设备。
根据本发明，这个目的通过相应的权利要求实现，更具体地说，通过这样的事实实现，即游戏板包含多个分别连接到数字处理电路的相应输入/输出端的射频读取器，每个射频读取器与相关联的天线组相连接。
通信单元可以由棋子、小雕像、卡或者骰子形成。
本发明的另一个目的是提供能够容易地适应于不同类型游戏的教育游戏设备。这个目的通过这样的事实实现，即所述板由多个基本板的可拆卸组合形成，而且每个基本板包含连接到所述基本板的天线的基本数字处理电路。
依据本发明的开发，该设备包含布置在游戏板上的可移动游戏衬垫，该游戏衬垫并且包含装备有表示相应游戏的识别码的射频标签。
根据以下仅仅作为非限制性的示例给出、并且在附图中描绘的本发明的特定实施例的描述，其它的优点和特征将变为更加清晰明了，在附图中图1示意地说明了依据本发明的设备的特定实施例。
图2示意地描述了集成到依据本发明的设备的通信单元中的射频标签。
图3说明了依据本发明将设备的游戏板划分为行和列。
图4和5说明了依据本发明的设备的游戏板的电连接的两个替换实施例。
图6描述了通过几个基本板的组合而形成的游戏板。
具体实施例方式
在图1所示的具体实施例中，教育游戏设备包含游戏板1，其被设计成用或者不用联线、最好经由HF(超高频)链接与构成外部显示器和管理装置的计算机2协作。最好灵活并且可移动的游戏衬垫3覆盖在板1上。游戏衬垫可互换的事实使得容易从一个游戏切换到另一个游戏。板1至少包含一个游戏区域。在图1所示的实施例中，第一游戏区域被设计成用于由棋子或者小雕像构成的不同物品4的移动。第二游戏区域形成了用于读取卡6的卡托盘5，而第三游戏区域7描绘了用于投掷至少一个骰子8的空间。
游戏者9本身位于游戏板的周围，并装备有与所选择的游戏相对应的游戏衬垫。棋子或者小雕像4、卡6和骰子8构成通信单元，它们的存在、类型和位置由游戏板自动地检测。每个通信单元实际上包含具有个人识别码(ID码)的射频识别(RFID)标签10或者射频标签，而且该板包含布置在该板的预定位置处的适当传感器单元。游戏衬垫3也可以包含射频标签10，因此允许由游戏板1和计算机2自动地识别所选择的游戏。
如图2所示，每个标签10由无源射频标签以已知的方式形成，其包含天线11，该天线11被调谐到预定频率，并且连接到存储了相应的个人识别码的电路12。由标签10接收的载波信号P既起通信信号的作用又起标签的电源的作用。该标签修改载波信号，通过其个人识别码调制该信号的振幅(Pm)。在优选实施例中，标签10的外部是平的，具有最好由若干圈的导电轨道形成、并且连接到电路12的矩形天线11。因此可以将标签的尺寸缩小到最小，该标签例如具有边长大约2cm的外部为平的正方形的形式，而且因此它们可以容易地插入到棋子、小雕像、卡、骰子或者游戏衬垫中。
骰子8可以是传统外观的骰子，其包含与它的每个表面相关联的标签10，即包含6个标签，其具有分别对应于不同的数字的6个不同的识别码。布置在描绘了投掷骰子的位置的第三游戏区域7中的、游戏板的至少一个相应传感器单元然后检测骰子的哪个表面与游戏板相接触，以及因此检测哪个数字是可见的。在替换实施例中，骰子8是“空白”的，即它并未在它的每个表面上带有任何表示数字的铭刻，并且仅仅具有一个或者两个射频识别标签。在这种情况下，当在游戏板1的相应区域7中检测到骰子的存在时，计算机2随机选择一个数字并且将该数字显示在它的屏幕上。就是这个数字然后由相关的游戏者来使用。不管骰子是否具有传统的外观或者不管骰子是否包括空白，骰子8都可以包含不为6的多个表面，一般为4、6、8、10、12或者20个表面。
如图3中的虚线所示，游戏板1或者至少第一游戏区域被分成由行I和列c所描绘的多个位置。位于行l和列c的交叉点处的天线14形成传感器矩阵，在该交叉点上可以放置通信单元。每个天线14最好是平的，并且由矩形的螺旋线形成，该螺旋线由形成许多圈的导电材料(金属或者导电油墨)制成。天线尺寸最好与游戏板的位置相对应，其具有小于2cm、一般为18mm的侧边。
为了允许布置在游戏板上的通信单元(例如棋子、小雕像、卡、骰子或者游戏衬垫)射频询问和读取，并且由此检测这些不同通信单元的存在、类型和位置，游戏板包含数字处理电路15，其例如是印刷电路的形式，并且通过射频读取器13连接到天线14。
如图4所示，数字处理电路15包含m个预定数目的输入/输出终端，它们分别连接到m个射频读取器(131到13m)。每个射频读取器13连接到包含n个天线141到14n的组。在这个特定实施例中，必须管理冲突。每个射频读取器13和通信单元中的每个标签10然后必须以已知的方式集成防冲突功能。
在图5的优选实施例中，多路复用器16布置在每个射频读取器13和n个天线的相关联组之间。射频读取器13和标签10不再需要管理可能的冲突，因此可以被简化。在数字处理电路15的控制下，每个多路复用器16实际上允许每个相关联天线的选择性询问和读取。
例如，板1可以包含16到25个射频读取器13，每个读取器连接到4、8或者16个天线。因此，对于n＝16以及m＝16或者25，则分别有可能形成nm＝256或者400个天线的矩阵。
每个传感器单元13连续地检查通信单元是否存在于相关联的天线141到14n上。以已知的方式，射频读取器13连续地生成具有与标签10的调谐频率相对应的预定频率的基本上正弦载波信号P。如果在相应位置存在通信单元，则其调制该载波信号，并且由射频读取器检测、解调制和整形已调制了的载波信号Pm。
应数字处理电路15的请求，每个射频读取器13以帧的形式发送表示所检测标签的类型(ID码)的信息。如果在与天线14相对应的位置没有通信单元，则相关联的射频读取器保持静默(mute)。因此，每个射频读取器13仅仅在通信单元存在于游戏板上与一条相关联的天线相对应的位置处时，才与数字处理电路15进行通信。已经记录了每个天线位置的数字处理电路15因此能够确定所检测标签10的位置。数字处理电路15因此连续地接收用于识别和定位布置在该板上的所有棋子或者小雕像所必须的数据，并且可以快速地识别出任何改变。
载波信号频率最好是大约14MHz、一般为13.56MHz。允许标签检测的区域深度则可以是相对小的，其一般为大约5mm。这使得能够消除当棋子或者小雕像滑过该板时的检测错误，并且防止在相邻位置之间产生的干扰。也可以想象在使用廉价射频标签的某些应用中传统地使用的其它较低的载波频率的使用，例如大约125kHz。
射频读取器与几个天线(141到14n)的关联，以及在数字处理电路15的输出上的几个射频读取器(131到13m)的并联连接允许显著地减少响应时间。例如，对于依据本发明包含400个位置的游戏板，如果传感器单元的全部天线都连接到集中处理电路的串行输入，则会将大约为几秒、一般为2.5s的响应时间减少到大约90ms。
通信单元的标签10最好仅仅由射频读取器13在读出阶段期间请求。然而，有可能使用还能够在写入阶段期间请求的标签10，以便允许修改相应棋子或者小雕像的识别码和/或嵌入的历史记录。然后将与通信单元相关联的历史记录存储在这个通信单元的标签10的存储器中。
在替换实施例中，有可能停用标签10以便使相应的通信单元失效。例如，这可以在角色扮演游戏中，如果与小雕像相关联的人物失去了其生命时使用。
利用数字处理电路15进行通信的游戏板1和计算机2的组合，允许该游戏由计算机2所管理，同时提供了游戏板的用户友好性，以及容易地从一种游戏改变为另一种游戏的可能性。相同的游戏板1可以用于使用棋子、小雕像、卡和/或骰子的任何类型的游戏，尤其可以用于交互式数字游戏、经营(parlour)游戏、下注游戏和角色扮演游戏。它还可以用于教育或者文化领域，尤其是用于讲座、舞台布局(scenographic)或者博物馆布局(museographic)应用。例如，它可以以傻瓜型游戏的形式使用，以允许棋子在游戏板上移动时，发现由计算机屏幕2上的动画所构成的信息。
与各种不同的游戏相关的游戏软件先前已经载入到计算机2中，通过简单地将相应的游戏衬垫3放置在游戏板上就可以选择特定的游戏。如果游戏衬垫具有识别标签10，则必要时在位于游戏板上的启动按扭(未示出)的激活之后，计算机自动地识别所选择的游戏。计算机然后可以显示游戏规则，并且在游戏的过程中，显示有关游戏的信息，向游戏者指示有关要被执行的动作，视频图像、声音和/或计算机生成的图像(例如，为Monopoly(垄断)游戏建造的旅馆的图像)，这些都被设计成说明或者丰富该游戏。它可以扮演银行家的角色(例如，在Monopoly类型的游戏中)、裁判的角色。计算机2可以连接到因特网。因此有可能相对于位于远程的对手或者团队进行游戏，或者从因特网下载视频动画。在角色扮演游戏中，计算机2可以担任游戏主人的角色。它可以在因特网上搜索有关与特定部分相关联的特定能量的信息，并且最好以开玩笑的形式在它的屏幕上显示该信息。
每个通信单元最好与先前记录在数据库中的唯一个人识别码(ID)相关联。在数字处理电路15或者最好在计算机2中、在标签10的存储器中和/或因特网上可联机存取的外部数据库中，该设备包含这样的装置，其用于在游戏的过程中或者在通信单元的生命期间，存储不同通信单元的移动和/或权利的历史记录，其中小雕像的权利能够从一个游戏改变到另一个。特别对于角色扮演游戏，这个历史记录可以包括小雕像的特征、品质或者技能的时间上发展，例如从儿童期进入成人期，某些能量的获得或者失去。
游戏板1可以包含连接到数字处理电路15的一个或多个输入按钮17(例如四个)和取消按钮18(图1)。在某些游戏中，输入按钮17被设计成来确认刚刚进行的移动。在其中不使用输入按钮的游戏中，一旦项目(棋子或者小雕像)位于游戏板上，就认为正在进行移动。取决于游戏的类型，计算机2可以在游戏开始时或者游戏过程中，向游戏者指示是否必须要使用输入按钮。取消按钮18被设计成能恢复到棋子在游戏板上的前一位置。如果在游戏板上意外弄乱了这些项目，则这可能是尤其让人感兴趣的。计算机屏幕然后显示不同棋子在游戏板上的先前位置，以便游戏者可以把该游戏重置到它的前一状态。
如图6所示，游戏板可以由几个基本板的可拆卸组合构成，以便根据要求调整或者扩大游戏表面。每个基本板包含连接到这个基本板的天线14的基本数字处理电路15。在角色扮演游戏中，这种可拆卸组合更让人感兴趣。所述设备包含6个基本板，每个基本板在其三个横侧边上都装备有组合连接器19，该连接器允许任何基本板都可以电或者机械地连接到一个、两个或者三个其它相邻的基本板。电学上，最好不用导线或者通过串联连接执行两个基本板的数字处理电路15之间的连接，这是可靠的并且节省了空间。
该设备可以包含最初被配置为主控制板1m的主板，以及最初被配置为从属板1e的几个另外的板。
在集成物理连接的特定实施例中，所有的基本板最初都是相同的，但是仅仅一个构成主控制板1m的基本板经由其第横侧边、借助于电源连接器20连接到电源，并且可能借助于硬接线的连接21连接到计算机2。所有其它基本板则构成要么直接要么经由其它从属板1e连接到主控制板1m的从属板1e。每个组合连接器19因此必须例如借助于输出线和输入线，允许在两个邻近基本板之间的双向数据传输。还必须例如借助于两条电源线，启用来自主控制板1m的电源连接器20的基本板电源，其中这两条电源线之一是接地的。
最好是当由基本板的集合构成的游戏板通电时，在包含例如用于辨认板的布置的装置的计算机2的控制下，可以自动地执行将基本板配置为主控制板1m或者从属板1e。
在优选实施例中，板1由多个基本板形成，而且基本数字处理电路15完全都不用导线、在彼此之间和/或直接与外部显示器和管理装置2进行通信。
本发明不局限于上述特定实施例。特别地，可以通过光检测来执行放入卡托盘5中的卡6的识别。在这种情况下，卡6不包含射频标签，但是包含例如以黑白点形式编码或者条型码形式的光识别单元，该单元能够由布置在第二游戏区域中并且连接到数字处理电路15的适当检测器所识别。
此外，以优选的方式，游戏板可以包含允许检测任何类型通信单元(棋子、小雕像、骰子、卡或者游戏衬垫)的存在、类型和位置的单个游戏区域。
该组件还可以包含如液晶显示器的屏幕，以允许游戏衬垫3以虚拟、非物质化的形式显示在游戏板1的正面上，即在游戏板1的上表面上。这个屏幕可以显示被设计成充当显示器和管理装置2的界面的窗口。该游戏板可以完全集成该管理装置。在后者的情况下，教育游戏设备可以变为完全自主。
游戏板1还可以管理声音文件的广播，其是对由管理装置2广播的那些的补充。这些补充的声音文件可以记录在嵌入到专用存储器模块中的库里，和/或可以使用HF链接从该板中重发这些应用的声音。
权利要求
1.一种电子教育游戏设备，包含通信单元(4，6，8)和游戏板(1)，其中每个通信单元具有提供有个人识别码(ID)的射频标签(10)，而且游戏板(1)包含连接到多个天线(14)的数字处理电路(15)，其中所述多个天线排列为形成用于检测通信单元的存在、类型和位置的传感器矩阵，该设备的特征在于游戏板包含多个射频读取器(131到13m)，其分别连接到数字处理电路(15)的相应输入/输出端，每个射频读取器(13)连接到相关联的天线组(141到14n)。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于该设备包含在每个射频读取器(13)和相关联的天线组(14)之间的多路复用器(16)。
3.一种电子教育游戏设备，包含通信单元(4，6，8)和游戏板(1)，其中每个通信单元具有提供有个人识别码(ID)的射频标签(10)，而且游戏板包含连接到多个天线(14)的数字处理电路(15)，其中所述天线排列为形成用于检测通信单元的存在、类型和位置的传感器矩阵，该设备的特征在于游戏板(1)由多个基本板的可拆卸组合形成，每个基本板包含连接到所述基本板的天线(14)的基本数字处理电路(15)。
4.如权利要求1和2之一所述的设备，其特征在于所述板(1)由多个基本板的可拆卸组合形成，每个基本板包含连接到所述基本板的天线(14)的基本数字处理电路(15)。
5.如权利要求3和4之一所述的设备，其特征在于每个基本板在其三个横侧边上包含用于与其它基本板电和机械连接的装置(21)。
6.如权利要求3至5中任何一个所述的设备，其特征在于每个基本板包含用于配置为主控制板(1m)或者从属板(1e)的装置，仅仅主控制板(1m)与显示器和管理装置(2)进行通信。
7.如权利要求3和4之一所述的设备，其特征在于所述基本板的基本数字处理电路(15)彼此之间和/或与外部显示器和管理装置(2)进行通信而不用导线。
8.如权利要求1至7中任何一个所述的设备，其特征在于通信单元包含棋子(4)、小雕像、卡(6)或者骰子(8)。
9.如权利要求1至8中任何一个所述的设备，其特征在于游戏板包含分别专用于不同类型的通信单元(4，6，8)的若干个游戏区域。
10.如权利要求1至9中任何一个所述的设备，其特征在于通信单元包含至少一个骰子(8)，游戏板(1)包含至少一个相应的传感器单元，该至少一个传感器单元布置在描绘用于投掷骰子的空间的游戏区域(7)中。
11.如权利要求10所述的设备，其特征在于骰子(8)包含与它的每个表面相关联的射频标签(10)，骰子的不同标签具有不同的识别码(ID)。
12.如权利要求10所述的设备，其特征在于骰子(8)包含至少一个射频识别标签(10)，该设备包含选择装置，用于当检测到骰子的存在时，随机地选择数字并且将所选择的数字显示在屏幕上。
13.如权利要求1至12中任何一个所述的设备，其特征在于它包含布置在游戏板(1)上的可拆卸游戏衬垫(3)，该衬垫(3)包含具有表示相应游戏的识别码(ID)的射频标签(10)。
14.如权利要求1至12中任何一个所述的设备，其特征在于它包含屏幕，以允许在游戏板(1)的正面上显示虚拟游戏衬垫。
15.如权利要求1至14中任何一个所述的设备，其特征在于射频读取器(13)发射具有大约14MHz频率的载波信号(P)。
16.如权利要求1至14中任何一个所述的设备，其特征在于射频读取器(13)发射具有大约125kHz频率的载波信号(P)。
17.如权利要求1至16中任何一个所述的设备，其特征在于每个个人码(ID)都是唯一的，而且该设备包含用于存储通信单元(10)的特征和/或其在游戏板(1)上的运动的历史记录的装置。
18.如权利要求17所述的设备，其特征在于用于存储的装置包含可经由因特网存取的外部数据库。
19.如权利要求17所述的设备，其特征在于用于存储的装置包含用于在所述通信单元的标签(10)的存储器中存储与所述通信单元相关联的历史记录的装置。
20.如权利要求1至19中任何一个所述的设备，其特征在于游戏板(1)包含连接到数字处理电路(15)的至少一个输入按钮(19)。
21.如权利要求1至20任何一个所述的设备，其特征在于游戏板(1)包含连接到数字处理电路(15)的取消按钮(20)。
全文摘要
本发明涉及一种游戏设备，该游戏设备包含以棋子、小雕像、卡或者骰子形式的通信单元，每个通信单元都具有提供有个人识别码的射频标签。游戏板包含连接到多个天线(14)的数字处理电路(15)，这些天线布置为形成用于检测通信单元的存在、类型和位置的传感器矩阵。射频读取器(1文档编号A63F9/24GK1867383SQ200480029939
公开日2006年11月22日 申请日期2004年10月19日 优先权日2003年10月20日
发明者帕斯卡尔·蒙波伊特, 弗朗科伊斯－吉勒斯·里卡德, 安妮－玛丽·特兰诺伊 申请人:Numicom公司